Идея. Две диагонали граней из одной вершины и диагональ третьей грани, соединяющая их концы, образуют треугольник из трёх равных отрезков — значит, равносторонний.
1Грани куба — равные квадраты со стороной a. Из вершины A выходят три грани, значит, и три диагонали граней, и любые две из них лежат в разных гранях.
2Концы диагоналей B1 и D1 лежат в одной грани — верхней, поэтому B1D1 тоже диагональ грани.
3Диагональ квадрата со стороной a равна a2 (теорема Пифагора), одинаково для всех трёх граней.
4Все углы равностороннего треугольника равны 60∘. Для любой другой пары диагоналей граней с общим концом рассуждение то же.